小流域水文水动力洪水预报研究_唐宇飞.pdf
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1、地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第799期第5期2023年3月小流域水文水动力洪水预报研究唐宇飞曾雪彤(中规院(北京)规划设计有限公司,北京100044)摘要:【目的目的】分别采用水文和水动力方法计算设计暴雨条件下田家湾流域洪水流量,在传统流域水文模型的基础上增加了二维水动力学模型计算,以晋中市田家湾水库上游流域为研究实例,模拟了不同历时降雨条件下小流域洪水水文水动力产汇流过程。【方法方法】水文计算中在该地区的长历时设计暴雨条件下分别采用综合瞬时单位线法和推理公式法进行设计洪水演算,同时在小范围流域水动力计算中,首先对基础数据进行预处理,之后
2、采用芝加哥雨型设计流域短历时暴雨,通过地形资料建立HEC-RAS二维水动力学模型对上游汇水分区内的流域进行降雨径流模拟。【结果结果】长历时暴雨对田家湾水库上游形成洪水具有较大的影响,短历时暴雨下水库能够调节流域的洪水。【结论结论】本次计算模拟成果对有小流域地区的洪水预报有一定的意义。关键词:田家湾水库;小流域;洪水预报;设计暴雨;二维水动力模型中图分类号:P338文献标志码:A文章编号:1003-5168(2023)05-0101-05DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.05.020Study on Hydrological and Hydrodynamic
3、 Flood Forecasting in SmallWatershedTANG YufeiZENG Xuetong(CAUPD Beijing Planning&Design consultants,Ltd.,Beijing 100044,China)Abstract:PurposesIn this study,the hydrological and hydrodynamic methods are used to calculate theflood flow in the Tianjiawan basin under the designed storm conditions,and
4、the two-dimensional hydrodynamic model is added comparing with the traditional watershed hydrological model.Taking the upperreaches of the Tianjiawan reservoir in Jinzhong City as an example,this paper stimulates the hydrologicaland hydrodynamic runoff generation and concentration processes of small
5、 watershed floods under different rainfall durations.MethodsIn the hydrological calculation,the comprehensive instantaneous unithydrograph method and the inference formula method are respectively used for the design flood routingunder the condition of the long duration design rainstorm in the region
6、.At the same time,in the hydrodynamic calculation of a small watershed,the basic data are first preprocessed,and then the short durationrainstorm in the designed watershed of the Chicagoan type is used,HEC-RAS two-dimensional hydrodynamic model is established through topographic data to simulate rai
7、nfall and runoff in the watershed inthe upstream catchment area.FindingsThe research results show that the long duration rainstorm hasa great impact on the flood formation in the upper reaches of Tianjiawan Reservoir,and the reservoir canregulate the flood in the basin under the short duration rains
8、torm.ConclusionsThe results of this calculation and simulation have certain significance for flood forecasting in small watershed areas.收稿日期:2022-10-04基金项目:不同气候带典型城市海绵建设技术体系研究(K20200919)。作者简介:唐宇飞(1991),男,本科,工程师,研究方向:海绵城市水环境治理、城市内涝与流域治理方面的研究和规划设计。102第5期唐宇飞,等.小流域水文水动力洪水预报研究Keywords:Tianjiawan Reservoi
9、r;small watershed;flood forecast;design storm;two-dimensional hydrodynamic model0引言晋中市地处于太行山脉以西,其地形为东北、东南高,西南部低,由山区到平川呈阶梯状下降,在地貌上,山、丘、川等各类地形齐备,过渡明显。境内大小河流12条,其中与城区北部防洪密切相关的河流为涧河,与南部防洪密切相关的河流为潇河。晋中城区及潇河、涧河等主要河流流域受大陆低压影响,暴雨洪水时空分布不均匀,同时受地形影响显著,局地发生暴雨频繁,且多受山区来水影响,降雨产流迅速、水流汇集快、河道流速大1-2。因此,为保障城区区域流域水安全,根据
10、晋中市建成区北部水系分布、水库、自然低洼区域布置情况,以调蓄空间为缓洪节点,对天然洪水断面进行拆分,划分多个汇水区域,通过构建区域洪水汇集-空间分级分散蓄滞-末端排放的系统,实现北部流域区域的蓄排平衡,保障城市建成区区域流域的防洪安全,为海绵城市建设提供理论依据。其中,田家湾水库上游对实现建成区北部流域系统的蓄排平衡起到重要作用。田家湾水库位于晋中市榆次区,其控制流域面积约为97 km2,在该流域中,灰岩区域约占13.4%,砂页岩区域约35%,黄土丘陵区域约51.5%3。水库控制流域为典型的大陆型半干旱季风气候区,冬春季节气温低,降水稀少,夏秋季节气温偏高,降水丰富且旱涝灾害频发,年气温均值为
11、11.2,年降水量均值为399 mm。根据统计资料,79月为汛期,汛期降水量在全年降水总量中占比在70%及以上,蒸发较大,年蒸发量均值为2 112.5 mm,年风速均值为1.6 m/s,冬春季节最大风速可达25.8 m/s4。由于该流域资料少、面积小且地形情况比较复杂,在不同降雨情景下对整体流域洪水预报进行针对性分析是非常有必要的。本研究以晋中市田家湾流域为研究区,基于水文分析与水动力模拟建立小流域暴雨洪水框架,重点对田家湾水库所在上游流域进行水文计算和二维水动力模拟,探究不同降雨条件下的流域洪水情况,探讨小流域长短历时暴雨产汇流及洪水预报的可能性。1水文水动力计算1.1水文计算田家湾水库上游
12、控制流域范围小于100 km2,属于小流域,故无水文测站,因此在水文计算中采用长历时设计暴雨推求流域汇集洪水情况。本次流域洪水水文计算采用 山西省水文计算手册 进行流域设计洪水流量计算5。1.2设计暴雨计算水文计算在设计暴雨的计算方面包括设计点暴雨、设计面暴雨、主雨历时和主雨雨量等内容6-7。通过计算得出田家湾水库上游断面在50年一遇和100年一遇的点雨量和设计面雨量随着时间变化的值,如图1所示。可以看到,随着重现期的增大各断面设计面雨量明显增大;同时,随着时间的延长设计面雨量的值呈现梯度式的增长。最终通过设计面雨量采取50年一遇和100年一遇计算出的主雨历时与主雨雨量,如表1所示。1.3产汇
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